论文摘要
定位技术是无线传感器网络最基本、必须的功能,也是无线传感器网络的关键技术之一。由于传感器网络主要应用于无人值守的敌对环境下,网络节点在定位过程中很容易被敌对的攻击者所干扰,这一脆弱性决定了安全问题在定位过程中的重要性。安全定位技术检测攻击者的存在并降低攻击对定位过程的影响,是无线传感器网络节点定位的关键技术,它是定位过程有效性的重要保障。本文分别针对两类典型的攻击,虫洞攻击和节点俘虏攻击,提出了系统的安全定位架构和有效的检测机制与安全定位方法。根据攻击者与被攻击之间的位置关系,将虫洞攻击分成了双工虫洞攻击和单工虫洞攻击,分别分析了虫洞攻击对基于TDoA测距方法和基于RSSI测距方法的定位过程的影响。提出了针对虫洞攻击的基于矛盾集的安全定位机制,包括虫洞攻击检测,邻居Locator辨识和安全定位三个过程:提出了一种新的虫洞攻击检测方法,推导并验证了其成功检测概率的数学模型;分别提出了针对不丢包和丢包条件下的邻居Locator辨识方法:剔除了可疑Locator以实现安全定位。仿真结果表明了所提出的安全定位机制相对其他安全定位机制的优越性。针对虫洞攻击提出了一种基于一致性的安全定位方法。Sensor首先根据节点间的信息交互特性检测出一部分有效Locator,然后利用邻居有效Locator的测距信息的一致性进一步搜索其它有效Locator,并剔除异常Locator,以实现安全定位。建立了Sensor检测出所有邻居有效Locator的概率的数学模型。仿真结果验证该安全定位算法的有效性。提出了基于节点俘虏攻击的一致性距离哄骗攻击的攻击模型,并分析了其对基于测距的定位过程的影响。归纳传感器网络中的四个安全特性,在此基础上针对一致性距离哄骗攻击,提出了Basic TSCD,Enhanced TSCD和Mobility-aided TSCD三种安全定位算法,推导并验证了Basic TSCD的成功定位的概率的数学模型。仿真结果表明所提出的安全定位方法在各种网络参数下均优于已有的方法。
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摘要Abstract致谢目录主要符号对照表图索引第1章 无线传感器网络及节点定位概述1.1 无线传感器网络发展概述1.2 无线传感器网络节点定位技术简介1.2.1 节点定位基本原理1.2.2 定位算法分类1.2.3 节点测距技术1.3 典型定位系统分析与评价1.4 本文研究意义及主要工作1.4.1 研究意义1.4.2 主要工作1.5 论文结构第2章 无线传感器网络安全定位研究现状2.1 安全定位的重要性2.2 安全定位研究方法2.3 典型的网络攻击模型及其对定位的影响2.3.1 转发攻击（Relayattack）2.3.2 女巫攻击（sybilattack）2.3.3 虫洞攻击（Wormholeattack）2.3.4 节点俘虏攻击（Compromiseattack）2.4 安全定位算法分类2.5 虫洞攻击检测及安全定位方法介绍第3章 基于矛盾集的虫洞攻击安全定位技术3.1 问题描述3.2 虫洞攻击模型3.2.1 虫洞攻击对定位的影响3.2.2 双工虫洞攻击和单工虫洞攻击3.3 基于矛盾集的安全定位方法3.3.1 虫洞攻击检测方法3.3.2 针对无丢包的邻居Locator辨识3.3.3 针对丢包的邻居Locator辨识3.3.4 安全定位3.4 虫洞攻击检测概率数学模型3.5 仿真结果与分析3.6 本章小结第4章 基于一致性的虫洞攻击安全定位技术4.1 问题描述4.2 基于一致性的安全定位方法4.2.1 虫洞攻击检测方法4.2.2 针对双工虫洞攻击的邻居Locator辨识4.2.3 针对单工虫洞攻击的邻居Locator辨识4.2.4 安全定位4.3 完全检测概率数学模型4.4 仿真结果与分析4.5 本章小结第5章 基于一致性的节点俘虏攻击安全定位技术5.1 问题描述5.1.1 网络模型及定位方法5.1.2 一致性距离哄骗攻击模型5.2 无线传感器网络中的安全特性及其检测方法5.2.1 基于时间特性的检测方法5.2.2 基于空间特性的检测方法5.2.3 基于合法Locator一致性的检测方法5.2.4 基于受攻击Locator一致性的检测方法5.3 BasicTSCD安全定位方法5.3.1 BasicTSCD算法介绍5.3.2 BasicTSCD成功检测概率数学模型5.4 EnhancedTSCD安全定位方法5.5 Mobility-aidedTSCD安全定位方法5.6 计算复杂度分析5.7 仿真结果与分析5.8 本章小结第6章 总结与展望6.1 全文总结6.2 研究展望参考文献附录
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